Peluang Bisnis, Limbah Kelapa Bisa Menjadi Energi Kendaraan Listrik

Jakarta,corebusiness.co.id-Kebutuhan logam untuk bahan baku baterai kendaraan listrik kian pesat. Muncul gagasan, memaksimalkan graphene (grafena) sebagai energi alternatif selain lithium, nikel, kobal, dan mineral kritis lain. Namun, biayanya lebih mahal. Rikson Siburian dkk dari Departemen Kimia, FMIPA, Universitas Sumatera Utara, Indonesia, memberikan solusi dengan memanfaatkan limbah padat kelapa menjadi grafena.

Transisi hijau, yang didorong oleh perlombaan global untuk sumber energi terbarukan, tidak diragukan lagi akan mengubah industri dan ekonomi. Sebagian besar pengembangan teknologi hijau masih bergantung pada peningkatan pasokan logam tertentu yang dibutuhkan untuk membuat baterai, instalasi energi terbarukan, dan kendaraan listrik. Dalam hal ini, kontributor utama adalah litium, kobalt, nikel, grafit, dan unsur tanah jarang, yang sangat penting untuk baterai litium-ion dan solusi penyimpanan energi lainnya.

Analis Shanghai Metal Market (SMM) memproyeksikan, karena adopsi kendaraan listrik yang cepat—kelas teknologi yang baterainya bergantung pada sejumlah besar masukan material antara lain—permintaan mineral penting dari sektor energi dapat mencapai empat hingga enam kali lipat dari level saat ini pada tahun 2040. Misalnya, litium, salah satu komponen terpenting baterai kendaraan listrik, dalam beberapa tahun terakhir saja permintaannya meningkat tajam, dan akan terus meningkat hingga lebih dari 700 persen pada tahun 2030.

Also Read:

Pertamina Drilling Implementasikan Teknologi AI dalam Operasi Pengeboran Migas

Kekurangan logam pada gilirannya membahayakan pasokan bahan-bahan vital tersebut. Sementara permintaan untuk logam energi baru tumbuh pesat. Pertimbangan ekologi, ketidakstabilan politik di area pertambangan utama, dan lambatnya pengembangan proyek pertambangan baru telah menyebabkan penundaan dan gangguan, yang berdampak serius pada operasi pertambangan litium, kobalt, dan mineral penting lainnya.

Forum Ekonomi Dunia telah menunjukkan bahwa nikel-logam penting lainnya untuk baterai mobil listrik-sangat rentan terhadap pasokan yang mengganggu. Permintaan nikel diperkirakan akan berlipat ganda pada tahun 2030. Sementara pasokannya, menurut laporan oleh International Nickel Study Group, tidak mungkin meningkat begitu cepat. Kesenjangan ini merupakan bahaya nyata bagi transisi hijau dan dapat mendorong harga logam naik.

Also Read:

Konversi Elpiji ke Kompor Induksi dan Kompor Listrik, Berikut Kelebihan dan Kekurangannya

Material Alterlantif untuk Baterai

Tantangan pasokan bahan baterai ini, mendorong cara-cara inovatif untuk mengembangkan teknologi daur ulang baterai. Faktanya, menurut analisis SMM, salah satu cara yang menjanjikan untuk meningkatkan pasar daur ulang dalam beberapa tahun ke depan diwakili oleh apa yang disebut bahan aktif yang didaur ulang dari bahan baku sekunder, baik litium maupun kobalt.

Terobosan lainnya, kekurangan logam kritis ini telah membuat banyak perusahaan berebut mencari material alternatif yang dapat menggantikan atau setidaknya meminimalkan ketergantungan pada sumber daya yang jumlahnya terbatas.

Also Read:

Teknologi OESBFS Solusi Cerdas untuk Smelter Nikel di Indonesia

Analisis SMM menilai, grafena, salah satu bentuk karbon, dapat sepenuhnya menggantikan grafit tradisional dalam baterai dan menjanjikan untuk membuat perangkat penyimpanan energi yang lebih ringan dan lebih efisien.

Selain itu, dalam pembuatan baterai solid kemungkinan akan mengurangi ketergantungan pada logam seperti kobalt dan nikel, karena pembuatannya memerlukan jenis material yang berbeda dari yang dibutuhkan untuk membuat baterai lithium-ion. Dengan komersialisasi yang masih dalam tahap awal, baterai generasi berikutnya ini dapat mengubah dinamika di pasar penyimpanan energi ini.

Also Read:

Inovasi NanoTek untuk Operasi Migas yang Lebih Selamat

Sekilas Grafena

Disarikan dari berbagai sumber, graphene atau dalam bahasa Indonesia disebut grafena merupakan alotrop karbon berbentuk lembaran datar tipis, di mana setiap atom karbon memiliki ikatan sp² dan dikemas rapat dalam bentuk kisi kristal seperti sarang lebah. Grafena dapat dilihat sebagai sebuah jaring-jaring berskala atom yang terdiri dari atom karbon beserta ikatannya. Jarak antaratom-atom karbonnya sebesar 0,142 nm.

Also Read:

Kolaborasi Elnusa dan Plasticpay Mendaur Ulang Sampah Botol Plastik Menjadi Produk Inovatif

Ketika penelitian mulai dikembangkan, tersimpulkan bahwa grafena tidak lain adalah satu lembar atom karbon dengan lapisan dan lembaran menumpuk yang digunakan untuk membuat grafit.

Konon, hampir 150 tahun manusia menghabiskan waktu untuk mencoba mengisolasi grafena dari grafit. Hingga pada tahun 2004, kelompok riset dari Massachusetts Institute of Technology yang dipimpin oleh Andre K. Geim dan Konstantin Novoselov menemukan suatu bahan yang disebut “Graphene” (Grafena). Mereka membuat grafena menggunakan scotch tape. Bahan yang merupakan alotrop karbon ini mempunyai ketebalan hanya satu atom dan lebih kuat daripada baja, dan diperkirakan sebagai bahan tertipis di dunia.

Also Read:

EVE Ejector, Inovasi PHE ONWJ untuk Kurangi Emisi dan Tingkatkan Kinerja Operasi

Pada tahun 2010, Andre K. Geim dan Konstantin Novoselov mendapat hadiah Nobel di bidang kimia, karena karyanya dalam mengembangkan grafena dua dimensi. Grafena yang sempurna terdiri dari sel-sel yang berbentuk heksagonal dan dua dimensi dalam perspektif elektron. Struktur dua dimensi ini bisa menghantarkan listrik dan panas dengan cepat melebihi material apapun yang pernah ditemui manusia.  Ia menghantarkan listrik lebih cepat dari tembaga dan menghantarkan panas lebih baik daripada berlian.

Hanya saja, produsen perlu juga memikirkan soal biaya pembuatan baterai dari material grafena. Pasalnya, grafena sampai saat ini merupakan bahan paling mahal di bumi. Namun, harga grafena dapat menurun drastis apabila metode produksi komersial yang akan dikembangkan pada masa depan.

Also Read:

JDIP untuk Kawasan Industri Digital di Jakarta

Memanfaatkan Limbah Padat Kelapa Menjadi Grafena

Menukil artikel penelitian yang dilakukan Rikson Siburian dkk (Departemen Kimia, FMIPA, Universitas Sumatera Utara, Indonesia), berjudul: “Aplikasi Limbah Padat Kelapa Menjadi Grafena sebagai Alternatif pada Sel Baterai Primer” yang dipublikasikan Talenta Conference Series: Agriculturan & Natural Resource (ANR) tahun 2020, diinformasikan bahwa tempurung kelapa merupakan salah satu biomassa yang berpotensi sebagai sumber karbon.

Rikson menguraikan, tempurung kelapa yang telah dikonversi menjadi arang melalui proses karbonisasi dapat disintesis menjadi grafena. Proses pembuatan grafena dalam pengabdian ini, yaitu tempurung kelapa dikeringkan di bawah sinar matahari, selanjutnya dipirolisis menjadi arang kemudian dicampurkan dengan karbon aktif sebagai reduktor pada suhu 600°C selama 1 jam menghasilkan grafena.

Also Read:

Wamenperin Ajak Huawei Berkontribusi Transformasi Teknologi di Indonesia

Grafena yang dihasilkan dikarakterisasi dengan X-Ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray (SEM-EDX). Hasil oleh analisa XRD menunjukkan puncak yang dihasilkan tidak tajam dan sedikit melebar puncak difraksi pada 24° dan 44°. Hasil analisa SEM-EDX pada perbesaran 4.000 kali menunjukkan ukuran permukaan dan bentuk struktur yang lebih kecil, tipis serta berkurangnya penumpukkan pada struktur grafena.

“Grafena yang telah berhasil disintesis dilakukan uji coba terhadap baterai koin. Katoda baterai koin yang telah diganti dengan grafena berhasil menghidupkan lampu,” kata Rikson dalam artikel tersebut.

Also Read:

Menperin Beberkan Alasan Larang Iphone Terbaru Apple Dijual di Indonesia

Rikson mengatakan, grafena adalah material nano berbasis karbon terbaru yang memiliki potensi aplikasi yang sangat luas. Secara umum metode sintesis grafena seperti metode penumbuhan grafena dari silikon karbida (SiC), Chemical Vapor Deposition (CVD) pada logam Ni dan Cu.

Menurutnya, modifikasi metode Hummer dinilai kurang efisien dan membutuhkan biaya yang relatif mahal, sehingga dikembangkan metode sintesis sederhana yang mampu memproduksi grafena secara murah dan berskala besar.

Also Read:

PT Elnusa Tbk Luncurkan Teknologi Canggih RES-IP untuk Eksplorasi Geothermal dan Monitoring Reservoir

Metode sintesis grafena yang saat ini sedang dikembangkan adalah sintesis grafena dari biomassa karbon seperti kelapa (cocos nucifera). Unsur karbon (C), sebesar 87.1 wt persen, merupakan unsur yang paling mendominasi dalam arang tempurung kelapa.

“Dari biomassa yang terbarukan inilah dapat dihasilkan senyawa karbon yakni produk “green carbon”.Grafena yang dihasilkan dalam pengabdian ini digunakan sebagai katoda pada sel baterai primer,” jelasnya.

Rikson menuturkan, baterai adalah piranti elektrokimia yang mengkonversi energi kimia menjadi energi listrik selama proses pertukaran elektron diantara anoda dan katoda. Komponen utama penyusun baterai primer yaitu anoda (Zn), katoda (grafit) serta elektrolit (MnO₂, NH₄Cl).

Ia mengungkap, permasalahan utama baterai primer adalah umur pakai yang singkat dan daya hantar listrik (DHL) yang rendah. Konsep yang digunakan untuk menyelesaikan permasalahan utama tersebut menggunakan grafitik karbon (C-π) seperti grafena. Keungulannya adalah luas permukaan besar dan konduktivitas yang tinggi.

Rikson menyebutkan tahapan limbah tempurung kelapa diubah menjadi grafena sebagai elektroda pada sel baterai primer.

Pertama, pembuatan arang. Limbah tempurung kelapa digunakan sebagai bahan dasar pada pembuatan elektroda pada sel baterai primer. Tempurung kelapa yang sudah dijemur di bawah sinar matahari dipirolisis di dalam tungku dalam keadaan bebas oksigen selama 5 jam pada suhu 600°C hingga menjadi arang. Setelah arang menjadi dingin, kemudian dihaluskan dengan menggunakan mortar. Selanjutnya, diayak dengan menggunakan ayakan dengan ukuran 100 mesh untuk dikarakterisasi dengan menggunakan XRD dan SEM.

Kedua, sintetis grafena. Arang dari tempurung kelapa berbentuk chip, kemudian ditimbang dan dicampur dengan serbuk karbon aktif. Selanjutnya ditanur pada suhu 600°C selama 1 jam. Tahap berikutnya diayak mengggunakan ayakan dengan ukuran 150 mesh guna memisahkan arang tempurung kelapa dengan karbon aktif. Tempurung kelapa dicuci dengan aquadest hingga bersih dan dikeringkan pada oven suhu 70°C. Selanjutnya, dikarakterisasi menggunakan XRD dan SEM.

Analisa XRD menggunakan alat difraktometer sinar-X Rigaku Smartlab 3 kW Radiasi Cu-Kα digunakan (1.540598 Å) untuk mengamati sampel dari 5^o hingga 70^o dengan kecepatan scan 2^o min^-1, tegangan 44 kV, dan arus 40 mA.

Sebagai pembuktian, Rikson dkk mempraktikkan energi elektroda baterai sintesis grafena bisa menyalakan bola lampu 1 volt. Tentu saja, temuan Rikson dkk ini juga bisa membuka peluang bisnis bagi masyarakat Indonesia dari komoditi kelapa beserta limbahnya. (Rif)